[發(fā)明專利]用于預(yù)測芯片高溫操作壽命的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610196265.2
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN107293501B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 簡維廷;朱月芹;宋永梁;趙永
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 11336 北京市磐華律師事務(wù)所
• 代理人: 董巍;高偉

本發(fā)明提供一種用于預(yù)測芯片高溫操作壽命的方法及裝置。所述方法包括：對芯片內(nèi)影響芯片的高溫操作壽命的器件進(jìn)行偏壓溫度不穩(wěn)定性測試，并對芯片進(jìn)行高溫操作壽命測試；基于偏壓溫度不穩(wěn)定性測試和高溫操作壽命測試的測試結(jié)果建立器件的偏壓溫度不穩(wěn)定性與芯片的高溫操作壽命之間的關(guān)系；對隨后批次芯片中的器件實(shí)施晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試；以及基于晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試的測試結(jié)果和關(guān)系預(yù)測隨后批次芯片的高溫操作壽命。本發(fā)明所提供的用于預(yù)測芯片高溫操作壽命的方法及裝置能夠在高溫操作壽命測試結(jié)果可用之前及早對器件的高溫操作壽命進(jìn)行預(yù)測，以及時(shí)反饋給項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)用于工藝的改進(jìn)，節(jié)省大量的測試時(shí)間和精力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種用于預(yù)測芯片高溫操作壽命(High Temperature Operating Life，HTOL)的方法及裝置。

背景技術(shù)

在高k金屬柵極工藝中，芯片內(nèi)器件的偏壓溫度不穩(wěn)定性(Bias TemperatureInstability，BTI)是一項(xiàng)不可忽視的評估項(xiàng)目。BTI效應(yīng)致使器件參數(shù)發(fā)生偏移，例如線性、飽和漏電流以及閾值電壓等參數(shù)。器件閾值電壓的偏移會(huì)致使芯片的可靠性變差。因此，需要對芯片進(jìn)行可靠性測試。

在各種可靠性測試中，芯片的高溫操作壽命測試用于評估芯片在超熱和超電壓情況下一段時(shí)間的耐久力。現(xiàn)有的HTOL測試是在封裝級上進(jìn)行，并且測試通常需要花費(fèi)很長的時(shí)間。這樣，當(dāng)HTOL性能較差時(shí)，對于工藝改進(jìn)以及項(xiàng)目進(jìn)度將面臨嚴(yán)重的延遲。因此，需要從根本上及早對HTOL進(jìn)行檢測或預(yù)測，以加快工藝調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于預(yù)測芯片高溫操作壽命的方法，所述方法包括：對芯片內(nèi)影響所述芯片的高溫操作壽命的器件進(jìn)行偏壓溫度不穩(wěn)定性測試，并對所述芯片進(jìn)行高溫操作壽命測試；基于所述偏壓溫度不穩(wěn)定性測試和所述高溫操作壽命測試的測試結(jié)果建立所述器件的偏壓溫度不穩(wěn)定性與所述芯片的高溫操作壽命之間的關(guān)系；對隨后批次芯片中的器件實(shí)施晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試；以及基于所述晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試的測試結(jié)果和所述關(guān)系預(yù)測所述隨后批次芯片的高溫操作壽命。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高溫操作壽命測試包括測試所述芯片的最小工作電壓的變化隨時(shí)間的變化。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述芯片為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，測試所述芯片的最小工作電壓包括測試所述靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀操作最小工作電壓。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述影響芯片的高溫操作壽命的器件為所述靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的下拉晶體管。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述偏壓溫度不穩(wěn)定性測試為對所述下拉晶體管的正偏壓溫度不穩(wěn)定性的測試。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述偏壓溫度不穩(wěn)定性測試包括測試所述下拉晶體管的閾值電壓的變化隨時(shí)間的變化。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述器件的偏壓溫度不穩(wěn)定性與所述芯片的高溫操作壽命之間的關(guān)系表示為單個(gè)器件閾值電壓退化與存儲(chǔ)器讀操作最小工作電壓退化之間的關(guān)系。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述偏壓溫度不穩(wěn)定性測試和所述高溫操作壽命測試在相同的測試應(yīng)力條件下進(jìn)行。

另一方面，本發(fā)明還提供一種用于預(yù)測芯片高溫操作壽命的裝置，所述裝置包括：第一測試單元，用于對芯片內(nèi)影響所述芯片的高溫操作壽命的器件進(jìn)行偏壓溫度不穩(wěn)定性測試，并對所述芯片進(jìn)行高溫操作壽命測試；分析單元，用于基于所述偏壓溫度不穩(wěn)定性測試和所述高溫操作壽命測試的測試結(jié)果建立所述器件的偏壓溫度不穩(wěn)定性與所述芯片的高溫操作壽命之間的關(guān)系；第二測試單元，用于對隨后批次芯片中的器件實(shí)施晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試；以及預(yù)測單元，用于基于所述晶圓級偏壓溫度不穩(wěn)定性測試的測試結(jié)果和所述關(guān)系預(yù)測所述隨后批次芯片的高溫操作壽命。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高溫操作壽命測試包括測試所述芯片的最小工作電壓的變化隨時(shí)間的變化。